CN210369027U - 用于海上风电桩式基础的抗冰装置及其桩式基础 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于海上风电桩式基础的抗冰装置及其桩式基础，安装在竖直的钢管桩上，包括套设在所述钢管桩外侧的套筒；所述套筒的外壁上沿轴向均匀地套设有多个水平的环形板，沿每个环形板的周向设有环形的锥壳板，所述锥壳板分别与所述环形板的外延部、所述套筒固定连接，多个所述锥壳板在所述套筒的外侧形成连续起伏的锥面，用于破冰。本实用新型的有益之处：通过设置多组正向和反向的环形锥壳板组成连续起伏的锥面，将冰的破坏形式由挤压破坏转变为弯折破坏，可有效降低桩体所受冰荷载；此外可根据安装海域的潮位差改变环形板和锥壳板的安装数量，使得处于不同潮位的冰都可以与锥面相接触，适应不同潮位时的抗冰要求。

Description

用于海上风电桩式基础的抗冰装置及其桩式基础

技术领域

本实用新型涉及海上风电工程技术领域，具体涉及一种用于海上风电桩式基础的抗冰装置及其桩式基础。

背景技术

在海上风电工程中，直立桩式基础因其简单的构造，便捷的施工特征及较好的适应性，获得了广泛的应用。在极寒有冰海域，直立桩式基础的设计需考虑冰荷载对其产生的作用，因此需安装一定的抗冰结构。

海上石油平台通常采用的抗冰结构为结合了正向和反向锥面的抗冰锥，将冰的破坏形式由挤压破坏转变为弯折破坏。由于石油平台的桩体直径较小，故采用此种抗冰锥形式较为适合。但在海上风电工程中，直立桩式基础的直径较大，若采用这种抗冰锥作为抗冰结构，则整个直立桩式基础的体积和质量会显著增大，同时增大了直立桩式基础的水线面面积，从而使得无冰期的波浪荷载大幅增加。此外，这种抗冰锥结构对锥体安装设备的要求高，造价同样高昂。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于海上风电桩式基础的抗冰装置，该装置具有良好的破冰效果，同时能满足从高到低不同潮位上的破冰需求，并保证在无冰期所受波浪荷载较小。

本实用新型提供了一种用于海上风电桩式基础的抗冰装置，安装在竖直的钢管桩上，包括套设在所述钢管桩外侧的套筒；所述套筒的外壁上沿轴向均匀地套设有多个水平的环形板，沿每个环形板的周向设有环形的锥壳板，所述锥壳板分别与所述环形板的外延部、所述套筒固定连接，多个所述锥壳板在所述套筒的外侧形成连续起伏的锥面，用于破冰。

优选地，所述锥壳板包括形状、大小相同的正锥壳板和反锥壳板，所述正锥壳板分别与所述环形板的外延部上表面、所述套筒固定连接，所述反锥壳板分别与所述环形板的外延部下表面、所述套筒固定连接。

优选地，所述正锥壳板、反锥壳板与所述环形板之间的夹角为45°-65°。

优选地，所述环形板的上表面与所述套筒之间通过多个竖向、间隔分布的正肋板固定连接，下表面与所述套筒之间通过多个竖向、间隔分布的反肋板固定连接，所述正肋板与反肋板的形状、大小相同，且位置一一对应。

优选地，所述正肋板和反肋板均与所述锥壳板固定连接。

优选地，所述钢管桩的外壁上沿周向均匀地设有多个竖向的U型槽，所述套筒的内壁上沿周向均匀地设有多个与所述U型槽相配合的滑块，所述滑块插入所述U型槽。

优选地，所述钢管桩与套筒之间通过灌浆连接。

优选地，所述环形板的数量为3个。

本实用新型还提供了一种海上风电桩式基础，包括前述任一项所述的抗冰装置。

本实用新型的有益之处：

(1)通过设置多组正向和反向的环形锥壳板组成连续起伏的锥面，将冰的破坏形式由挤压破坏转变为弯折破坏，可有效降低桩体所受冰荷载；此外可根据安装海域的潮位差改变环形板和锥壳板的安装数量，使得处于不同潮位的冰都可以与锥面相接触，适应不同潮位时的抗冰要求；

(2)整个抗冰装置呈瘦长型，增加的水线面面积有限，可有效控制其在无冰期所受的波浪荷载；

(3)钢管桩上的U型槽与套筒上的滑块的装配设计便于在施工过程中有效固定抗冰装置，无需进行水上施工，安装过程更加方便快捷经济，此外抗冰装置不会影响钢管桩沉桩时抱桩的连续性，安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型抗冰装置的立体图；

图2是本实用新型抗冰装置的结构示意图；

图3是图2中A-A处的剖面图；

图4是钢管桩与套筒的配合结构示意图；

图5是钢管桩与套筒的连接结构示意图。

元件标号说明：

1 钢管桩

11 U型槽

12 U型槽螺栓孔

2 套筒

21 滑块

22 滑块螺栓孔

31 正肋板

32 反肋板

4 环形板

5 锥壳板

51 正锥壳板

52 反锥壳板

6 环形加劲板

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种用于海上风电桩式基础的抗冰装置，包括竖直的钢管桩1和套筒2，套筒2套设在钢管桩1外侧。具体地，如图3和图4所示，钢管桩1的外壁上沿周向均匀地设有多个竖向的U型槽11，套筒2的内壁上沿周向均匀地设有多个与U型槽11相配合的滑块21，滑块21可以插入U型槽11，滑块21与U型槽11的具体数量为8个。优选地，为了保证抗冰装置安装后的固定效果，将滑块21的截面设计为梯形，并在U型槽11内侧设置与梯形相配合的斜面，当滑块21插入U型槽11后，抗冰装置会在自重作用下与钢管桩1紧密连接，不易松动脱落，起到临时固定的效果。当然，为了进一步保证导轨和U型槽的固定效果，还可以在U型槽11和滑块21上分别开设如图5所示的U型槽螺栓孔12和滑块螺栓孔22，通过螺栓连接U型槽11和滑块21，增加连接的稳固性。

如图1-图3所示，套筒2的外壁上沿轴向均匀地套设有多个水平的环形板4，沿着每个环形板4的周向设有环形的锥壳板5，锥壳板5分别与环形板4的外沿部、套筒2固定连接，多个锥壳板5在套筒2的外侧形成如图1所示的连续起伏的锥面。优选地，环形板4的数量为3个。在具体实施时，可以根据桩式基础安装海域的潮位差调节环形板4和锥壳板5的数量，使得位于不同潮位的冰都可以与锥面相接触，保证抗冰装置良好的破冰效果。

在本实用新型的一个具体实施例中，锥壳板5包括形状、大小均相同，只有开口方向相反的正锥壳板51和反锥壳板52，正锥壳板51、反锥壳板52与同一环形板4之间形成的夹角相同，均为45°-65°。正锥壳板51分别与该环形板4的外沿部上表面、位于该环形板4上方的套筒2固定连接，反锥壳板52分别与该环形板4的外沿部下表面、位于该环形板4下方的套筒2固定连接。

为了保证抗冰装置的连接强度和结构稳定性，环形板4的上表面与套筒2之间通过多个竖向、间隔分布的正肋板31固定连接，下表面与套筒2之间通过多个竖向、间隔分布的反肋板32固定连接，位置一一对应。具体地，正肋板31与反肋板32的形状均为梯形，两者大小相同，只有安装方向相反，均为一条侧边与环形板4固定连接，另一条侧边与套筒2固定连接，底边与锥壳板5固定连接。在具体实施中，安装在同一环形板4上的多个正肋板31通过一个环形加劲板6固定连接为一个整体，该环形加劲板6水平设置，与正肋板31的中部固定连接，且外缘与正锥壳板51的内壁固定连接。同样地，安装在同一环形板4上的多个反肋板32也通过一个环形加劲板6固定连接为一个整体，该环形加劲板6水平设置，与反肋板32的中部固定连接，且外缘与反锥壳板52的内壁固定连接。当多个锥壳板5组成的锥面与冰碰撞时，冰荷载可以有效分散至环形板4、环形加劲板6、正肋板31与反肋板32，使得抗冰装置的受力性能更稳定，避免过早地发生损毁情况。本领域技术人员也可以根据需要调整环形加劲板和肋板的设置方式及数量。

以下为本实用新型的一个安装实施例，主要包括陆上制作和海上安装两个部分：

陆上制作部分主要包括：

1)完成套筒2的卷板和焊接工作；

2)将三个环形板4焊接在套筒2外侧；

3)沿环形板4和套筒2均匀焊接多个正肋板31和反肋板32；为简化施工顺序，可以在焊接正肋板31和反肋板32前，预先将环形加劲板6分别焊接在正肋板31和反肋板32上；

4)在正肋板31和反肋板32外侧敷设锥壳板5，同时为了保证锥壳板5的焊接质量，可在套筒2上开设人孔，待抗冰装置制作完成后进行焊接封堵；

5)在套筒2内壁焊接滑块21，完成抗冰装置的制作。同时需预先在钢管桩1的外表面布置U型槽11，为海上安装工序做好准备。

当陆上制作工序完成后，将抗冰装置运输至海上，运用起吊船舶，将抗冰装置的套筒2吊运至钢管桩1上方，将套筒2缓慢下降，使滑块21的尖端对应地插入U型槽11，并控制滑块21的下降速度，抗冰装置安装至预定高程，然后拧紧U型槽11和滑块21之间的螺栓，完成抗冰装置与钢管桩1之间的临时固定。后续通过在套筒2与钢管桩1的连接间隙内浇筑灌浆料，进行灌浆连接，完成海上安装。

本实用新型还提供了一种海上风电桩式基础，包括前述的抗冰装置。

综上所述，本实用新型的有益之处：

(1)通过设置多组正向和反向的环形锥壳板组成连续起伏的锥面，将冰的破坏形式由挤压破坏转变为弯折破坏，可有效降低桩体所受冰荷载；此外可根据安装海域的潮位差改变环形板和锥壳板的安装数量，使得处于不同潮位的冰都可以与锥面相接触，适应不同潮位时的抗冰要求；

(2)整个抗冰装置呈瘦长型，增加的水线面面积有限，可有效控制其在无冰期所受的波浪荷载；

(3)钢管桩上的U型槽与套筒上的滑块的装配设计便于在施工过程中有效固定抗冰装置，无需进行水上施工，安装过程更加方便快捷经济，此外抗冰装置不会影响钢管桩沉桩时抱桩的连续性，安全可靠。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于海上风电桩式基础的抗冰装置，安装在竖直的钢管桩(1)上，其特征在于，包括套设在所述钢管桩(1)外侧的套筒(2)；所述套筒(2)的外壁上沿轴向均匀地套设有多个水平的环形板(4)，沿每个环形板(4)的周向设有环形的锥壳板(5)，所述锥壳板(5)分别与所述环形板(4)的外沿部、所述套筒(2)固定连接，多个所述锥壳板(5)在所述套筒(2)的外侧形成连续起伏的锥面，用于破冰。

2.根据权利要求1所述的抗冰装置，其特征在于，所述锥壳板(5)包括形状、大小相同的正锥壳板(51)和反锥壳板(52)，所述正锥壳板(51)分别与所述环形板(4)的外沿部上表面、所述套筒(2)固定连接，所述反锥壳板(52)分别与所述环形板(4)的外沿部下表面、所述套筒(2)固定连接。

3.根据权利要求2所述的抗冰装置，其特征在于，所述正锥壳板(51)、反锥壳板(52)与所述环形板(4)之间的夹角为45°-65°。

4.根据权利要求1所述的抗冰装置，其特征在于，所述环形板(4)的上表面与所述套筒(2)之间通过多个竖向、间隔分布的正肋板(31)固定连接，下表面与所述套筒(2)之间通过多个竖向、间隔分布的反肋板(32)固定连接，所述正肋板(31)与反肋板(32)的形状、大小相同，且位置一一对应。

5.根据权利要求4所述的抗冰装置，其特征在于，所述正肋板(31)和反肋板(32)均与所述锥壳板(5)固定连接。

6.根据权利要求1所述的抗冰装置，其特征在于，所述钢管桩(1)的外壁上沿周向均匀地设有多个竖向的U型槽(11)，所述套筒(2)的内壁上沿周向均匀地设有多个与所述U型槽(11)相配合的滑块(21)，所述滑块(21)插入所述U型槽(11)。

7.根据权利要求1所述的抗冰装置，其特征在于，所述钢管桩(1)与套筒(2)之间通过灌浆连接。

8.根据权利要求1所述的抗冰装置，其特征在于，所述环形板(4)的数量为3个。

9.一种海上风电桩式基础，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的抗冰装置。

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